De grandes quantités de poisson sont consommées quotidiennement en Inde, qui génère une énorme quantité de matières « biodéchets » de poisson. Pour tenter de faire quelque chose de positif avec ces biodéchets, une équipe de chercheurs de l'Université Jadavpur à Koltata, L'Inde a exploré le recyclage des sous-produits du poisson dans un récupérateur d'énergie pour l'électronique auto-alimentée.

Le principe de base du travail des chercheurs est simple :les écailles de poisson contiennent des fibres de collagène qui possèdent une propriété piézoélectrique, ce qui signifie qu'une charge électrique est générée en réponse à l'application d'une contrainte mécanique. Comme l'équipe le rapporte cette semaine dans Lettres de physique appliquée , ils ont pu exploiter cette propriété pour fabriquer un nanogénérateur bio-piézoélectrique.

Pour faire ça, les chercheurs ont d'abord « collecté des biodéchets sous forme de écailles de poisson cru d'un marché de transformation du poisson, puis utilisé un procédé de déminéralisation pour les rendre transparents et flexibles, " a expliqué Dipankar Mandal, maître assistant, Laboratoire de dispositifs nano-piézoélectriques organiques, Département de physique, à l'Université de Jadavpur.

Les collagènes contenus dans les écailles de poisson transformées servent d'élément piézoélectrique actif.

« Nous avons pu fabriquer un nanogénérateur bio-piézoélectrique – alias un récupérateur d'énergie – avec des électrodes des deux côtés, puis l'a plastifié, " a déclaré Mandal.

Bien qu'il soit bien connu qu'une seule nanofibre de collagène présente une piézoélectricité, jusqu'à présent, personne n'avait tenté de se concentrer sur l'organisation hiérarchique des nanofibrilles de collagène dans les écailles naturelles des poissons.

"Nous voulions explorer ce qui arrive au rendement piézoélectrique lorsqu'un tas de nanofibrilles de collagène sont hiérarchiquement bien alignées et auto-assemblées dans les écailles de poisson, " a-t-il ajouté. " Et nous avons découvert que la piézoélectricité du collagène des écailles de poisson est assez importante (~ 5 pC/N), ce que nous avons pu confirmer par mesure directe."

Au-delà de ça, la boucle d'hystérésis de champ électrique de polarisation et la boucle d'hystérésis de champ électrique de contrainte résultante - preuve d'un effet piézoélectrique inverse - provoquées par l'effet d'électrostriction "non linéaire" ont soutenu leurs découvertes.

Le travail de l'équipe est la première démonstration connue de l'effet piézoélectrique direct des écailles de poisson à partir de l'électricité générée par un nanogénérateur bio-piézoélectrique sous des stimuli mécaniques, sans qu'il soit nécessaire de recourir à des traitements de polarisation post-électrique.

"Nous connaissons bien les inconvénients des traitements de post-traitement des matériaux piézoélectriques, " a noté Mandal.

Pour explorer les phénomènes d'auto-alignement du collagène des écailles de poisson, les chercheurs ont utilisé la spectroscopie à structure fine d'absorption des rayons X près du bord, mesuré au Raja Ramanna Center for Advanced Technology à Indore, Inde.

Des tests expérimentaux et théoriques les ont aidés à clarifier les performances de piégeage d'énergie du nanogénérateur bio-piézoélectrique. Il est capable de piéger plusieurs types d'énergies mécaniques ambiantes, y compris les mouvements du corps, vibrations mécaniques et sonores, et la circulation du vent. Même toucher à plusieurs reprises le nanogénérateur bio-piézoélectrique avec un doigt peut allumer plus de 50 LED bleues.

« Nous nous attendons à ce que notre travail ait un impact considérable sur le domaine de l'électronique flexible auto-alimentée, " a dit Mandal. " A ce jour, malgré plusieurs efforts extraordinaires, personne d'autre n'a été capable de fabriquer un récupérateur d'énergie biodégradable de manière rentable, processus en une seule étape."

Les travaux du groupe pourraient potentiellement être utilisés dans l'électronique transparente, électronique biocompatible et biodégradable, électronique comestible, dispositifs médicaux implantables autoalimentés, chirurgies, veille e-santé, ainsi que des diagnostics in vitro et in vivo, en dehors de sa myriade d'utilisations pour l'électronique portable.

"À l'avenir, notre objectif est d'implanter un nanogénérateur bio-piézoélectrique dans le cœur d'un stimulateur cardiaque, où il générera en permanence de l'énergie à partir des battements cardiaques pour le fonctionnement de l'appareil, " dit Mandal. " Ensuite, il se dégradera lorsqu'il ne sera plus nécessaire. Étant donné que le tissu cardiaque est également composé de collagène, notre nanogénérateur bio-piézoélectrique devrait être très compatible avec le cœur."

Le nanogénérateur bio-piézoélectrique du groupe peut également aider à l'administration ciblée de médicaments, qui suscite actuellement de l'intérêt comme moyen de récupérer des cellules cancéreuses in vivo et également pour stimuler différents types de tissus endommagés.

"Nous nous attendons donc à ce que notre travail ait une importance énorme pour les dispositifs médicaux implantables de nouvelle génération, " il ajouta.

"Notre objectif final est de concevoir et d'élaborer une électronique ingérable sophistiquée composée de matériaux non toxiques qui sont utiles pour un large éventail d'applications diagnostiques et thérapeutiques, " dit Mandal.